JP2019044954A - アンギュラ玉軸受、軸受装置、及び主軸装置 - Google Patents

アンギュラ玉軸受、軸受装置、及び主軸装置 Download PDF

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Abstract

【課題】シール部材が、隣接する軸受の内輪や内輪間座などの内輪と隣接する部材、及び保持器と接触するのを確実に防止し、特に、エアパージにより軸受内に流入する空気流の影響を抑制することができるアンギュラ玉軸受を提供する。【解決手段】内輪12には、カウンタボア12bが形成され、カウンタボア12bの最小外径D1は、内輪軌道面12aの肩部12cの外径Dより小さい。また、外輪11の軸受背面側に固定されたシール部材15は、円盤部23と、該円盤部23から径方向内側に向かうにつれてアンギュラ玉軸受10の軸方向中心に向かって傾斜する少なくとも1つの環状の傾斜部24と、を備える。シール部材15の傾斜部24の最大径D4は、保持器14の軸受背面側端面14bにおける内径D5よりも小さく、シール部材15の傾斜部24の最大径D3は、アンギュラ玉軸受10の内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dよりも大きい。【選択図】図1

Description

本発明は、アンギュラ玉軸受、軸受装置、及び主軸装置に関し、特に、モータや、切削型工作機械(旋盤、フライス盤、マシニングセンタなど)の主軸、研削盤の主軸、及び高周波スピンドル等に適用されるアンギュラ玉軸受、軸受装置、及び主軸装置に関する。
工作機械の主軸においては、転がり疲れ寿命や高剛性などの要求特性を満足させるため、円筒ころ軸受やアンギュラ玉軸受を複数個用いた軸受配列が採用されている。特に、高周波スピンドルや研削盤などの高速回転する主軸装置には、グリース封入されたアンギュラ玉軸受が使用されることが多い。このようなアンギュラ玉軸受には、シール部材が装着されており、グリースの外部への飛散や、外部から切削液の浸入を防止している(例えば、特許文献1参照)。
また、玉軸受に設けられるシール部材としては、グリースをシール部材に効果的に付着させて低トルク化を図ったものとして、シール部材の内外周端部に、対応する内外輪肩面に向かって傾斜する傾斜部を設けたものが開示されている(例えば、特許文献2参照。)。さらに、玉軸受としては、内端部が屈曲形成されたシール部材を備えたものが知られている(例えば、特許文献3,4参照。)。
特開2006−46609号公報 特開2003−336650号公報 特開2005−291304号公報 特開平11−287255号公報
従来の主軸装置としては、軸受内への切削水や切粉などの塵埃の侵入を防ぐために、軸受の側方で、ハウジングと回転軸との隙間に開口するエアパージ用のエア流路が設けられることが知られている。
図18は、前側軸受として従来のアンギュラ玉軸受が並列組合せされた主軸装置の断面図である。この主軸装置100では、ハウジング152に形成されたエアパージ用のエア流路155から供給されたエアの一部が並列組合せされた一対のアンギュラ玉軸受110内に流れ込む。アンギュラ玉軸受110では、このエアによって、軸受背面側に設けられたシール部材115が変形する虞があり、その場合、隣り合うアンギュラ玉軸受110の内輪112や、回転軸141の段差部143と接触して、トルクの増大やシール部材115の損傷等の不具合が発生する可能性がある。
また、アンギュラ玉軸受110に装着されるシール部材115は、シール溝への装着ずれや、金属シールの場合のかしめ誤差などによっても、シール部材115が傾く場合がある。このため、軸受背面側に設けられたシール部材115は、シール部材115の装着要因によっても、隣り合うアンギュラ玉軸受110の内輪112や、回転軸141の段差部143と接触する可能性がある。
これに対して、シール部材全体をより内側に設定(軸受の軸方向中心方向に平行移動)することで、シール部材と隣り合う軸受の内輪との接触を防止することも考えられるが、シール部材が保持器と干渉する可能性がある。
特許文献2〜4に記載の玉軸受では、シール部材の内外周端部、又は、シール部材の内端部に傾斜部が設けられているが、傾斜部の折り曲げ位置を具体的に特定しておらず、保持器や、隣接する部材との接触については考慮されていない。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シール部材が、隣接する軸受の内輪や内輪間座などの内輪と隣接する部材、及び保持器と接触するのを確実に防止し、特に、エアパージにより軸受内に流入する空気流の影響を抑制することができるアンギュラ玉軸受を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面及び前記内輪軌道面間に所定の接触角を持って転動自在に配設される複数の玉と、前記複数の玉を転動自在に保持する保持器と、少なくとも軸受背面側に設けられて前記外輪と前記内輪との間の開口を覆う非接触形のシール部材と、を備えるアンギュラ玉軸受であって、
前記内輪には、前記内輪軌道面に対して前記軸方向背面側にカウンタボアが形成され、前記カウンタボアの最小外径は、前記内輪軌道面に対して軸受正面側に設けられた肩部の外径より小さく、
前記外輪の前記軸受背面側に固定された前記シール部材は、円盤部と、該円盤部から径方向内側に向かうにつれて前記アンギュラ玉軸受の軸方向中心に向かって直線状又は曲線状に傾斜する少なくとも1つの環状の傾斜部と、を備え、
前記シール部材の軸方向内面側における前記傾斜部の最大径は、前記保持器の軸受背面側端面における内径よりも小さく、
前記シール部材の軸方向外面側における前記傾斜部の最大径は、前記内輪の前記軸受正面側の前記肩部の外径よりも大きいことを特徴とするアンギュラ玉軸受。
(2) 前記シール部材の軸方向内面側における前記傾斜部の最大径は、前記シール部材の軸方向外面側における前記傾斜部の最大径より大きいことを特徴とする(1)に記載のアンギュラ玉軸受。
(3) 前記保持器と前記シール部材の傾斜部とは、径方向から見て重なることを特徴とする(1)又は(2)に記載のアンギュラ玉軸受。
(4) 前記保持器と、前記シール部材の前記傾斜部とは、軸方向において離間することを特徴とする(1)又は(2)に記載のアンギュラ玉軸受。
(5) (1)〜(4)のいずれかに記載の前記アンギュラ玉軸受を複数備え、
前記複数のアンギュラ玉軸受は、並列組合せされることを特徴とする軸受装置。
(6) 前記並列組合せされた複数のアンギュラ玉軸受に対して、背面組合せされる前記アンギュラ玉軸受をさらに備えることを特徴とする(5)に記載の軸受装置。
(7) 前記並列組合せされた複数のアンギュラ玉軸受に対して、正面組合せされる前記アンギュラ玉軸受をさらに備えることを特徴とする(5)に記載の軸受装置。
(8) (1)〜(4)のいずれかに記載の前記アンギュラ玉軸受と、
前記アンギュラ玉軸受の前記軸受背面側に隣接配置された円環部材と、
を備え、
前記シール部材の軸方向外面側における前記傾斜部の最大径は、前記円環部材の外径よりも大きいことを特徴とする軸受装置。
(9) (1)〜(4)のいずれかに記載の前記アンギュラ玉軸受と、
前記アンギュラ玉軸受の前記軸受背面側に隣接配置された段差部を有する回転軸と、
を備え、
前記シール部材の軸方向外面側における前記傾斜部の最大径は、前記段差部の外径よりも大きいことを特徴とする主軸装置。
(10) 回転軸と、
ハウジングと、
(1)〜(4)のいずれかに記載の前記アンギュラ玉軸受をそれぞれ有する前側軸受及び後側軸受と、
を備え、
前記前側軸受と前記後側軸受とは、定圧予圧で背面組合せされ、
前記ハウジングには、前記前側軸受の前記軸受正面側で、前記ハウジングと前記回転軸との間の空間に開口し、外部からエアを供給するエア流路が形成されることを特徴とする主軸装置。
本発明のアンギュラ玉軸受及び軸受装置によれば、内輪には、内輪軌道面に対して軸方向背面側にカウンタボアが形成され、カウンタボアの最小外径は、内輪軌道面に対して軸受正面側に設けられた肩部の外径より小さく、外輪の軸受背面側に固定されたシール部材は、円盤部と、該円盤部から径方向内側に向かうにつれてアンギュラ玉軸受の軸方向中心に向かって直線状又は曲線状に傾斜する少なくとも1つの環状の傾斜部と、を備える。そして、シール部材の軸方向内面側における傾斜部の最大径は、保持器の軸受背面側端面における内径よりも小さく、シール部材の軸方向外面側における傾斜部の最大径は、内輪の軸受正面側の肩部の外径よりも大きい。これにより、例えば、シール部材を外輪に装着する際に、シール部材の位置にばらつきが生じた場合であっても、傾斜部が保持器と干渉するのを防止することができる。また、例えば、アンギュラ玉軸受が並列組合せされた場合や、内輪間座などの円環部材、或いは回転軸の段差部が軸受背面側に隣接配置される場合に、シール部材が軸方向に変形又は傾斜しても、シール部材と、アンギュラ玉軸受の軸受背面側に隣接配置される部材との接触が防止され、トルク増大やシール部材の損傷が防止できる。
また、本発明の主軸装置によれば、本発明のアンギュラ玉軸受が適用される前側軸受と後側軸受とが、定圧予圧で背面組合せされ、ハウジングには、前側軸受の軸受正面側で、ハウジングと回転軸との間の空間に開口し、外部からエアを供給するエア流路が形成される。これにより、エア流路からのエアにより前側軸受の軸受背面側のシール部材が軸方向に変形又は傾斜しても、シール部材の接触が防止され、トルク増大やシール部材の損傷が防止できる。
本発明の第1実施形態に係るアンギュラ玉軸受の要部断面図である。 図1に示すアンギュラ玉軸受のシール部材と内輪の外周面との要部拡大図である。 (a)は、第1実施形態の第1変形例に係るアンギュラ玉軸受のシール部材の断面図であり、(b)は、第1実施形態の第2変形例に係るアンギュラ玉軸受のシール部材の断面図であり、(c)は、第1実施形態の第3変形例に係るアンギュラ玉軸受のシール部材の断面図であり、(d)は、第1実施形態の第4変形例に係るアンギュラ玉軸受のシール部材の断面図である。 並列組合せされたアンギュラ玉軸受を備える軸受装置及び主軸装置の断面図である。 本発明の第2実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 本発明の第3実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 本発明の第4実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 本発明の第5実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 本発明の第6実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 図9のX−X断面図である。 本発明の第7実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 本発明の第8実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 第1実施形態のアンギュラ玉軸受が適用された本発明の軸受装置の第1変形例の断面図である。 第1実施形態のアンギュラ玉軸受が適用された本発明の軸受装置の第2変形例の断面図である。 第1実施形態のアンギュラ玉軸受が適用された本発明の軸受装置の第3変形例の断面図である。 第1実施形態のアンギュラ玉軸受が適用された本発明の主軸装置の第1変形例の断面図である。 第1実施形態のアンギュラ玉軸受が適用された本発明の主軸装置の第2変形例の断面図である。 従来のアンギュラ玉軸受が並列組合せされた主軸装置の断面図である。
以下、本発明に係るアンギュラ玉軸受、軸受装置、及び主軸装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1に示すように、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10は、内周面に外輪軌道面11aを有する外輪11と、外周面に内輪軌道面12aを有する内輪12と、外輪軌道面11a及び内輪軌道面12a間に所定の接触角θを持って転動自在に配置される複数の玉13と、複数の玉13を転動自在に保持する保持器14と、外輪11の軸方向両側に取り付けられて、外輪11と内輪12との間の開口を覆う非接触形の一対のシール部材15、16と、を備える。
外輪11には、外輪軌道面11aに対して軸受正面側(外輪11の正面側)に略一様内径のカウンタボア11bが形成される。このため、外輪軌道面11aに対して軸受背面側(外輪11の背面側)の肩部11cの内径が、外輪軌道面11aに対して軸受正面側の肩部11dの内径よりも小さい。
一方、内輪12には、内輪軌道面12aに対して軸方向背面側(内輪12の正面側)に軸方向端部に向けて縮径するテーパ状のカウンタボア12bが形成されている。このため、カウンタボア12bの最小外径D1は、内輪軌道面12aに対して軸受正面側(内輪12の背面側)に設けられた肩部12cの外径Dより小さくなる。
保持器14は、例えば、合成樹脂製や金属製などで形成された外輪案内保持器であり、軸受背面側の肩部11cによって案内されており、玉13を保持するポケット14aは、円筒形状に形成されている。
図1及び図2に示すように、一対のシール部材15、16は、金属板を円環状に形成した芯金21、17と、ゴムやエラストマーなどの弾性材料からなり、芯金21、17に固着された弾性部22、18とを有する。弾性部22、18は、芯金21、17の外周側を覆い半径方向外方に僅かに突出して形成された外周縁部25と、芯金21、17の内周側を覆うように形成されたリップ部26と、外周縁部25とリップ部26とを連結する側壁部27と、を有する。また、本実施形態では、軸受背面側のシール部材15は、後述する傾斜部24を構成する芯金21の内側面にも弾性部22からなる内側壁部28が形成される。
一対のシール部材15,16は、外輪11の軸方向両端部に形成された取付け溝11eに外周縁部25が圧入されることで固定される。
シール部材15の内径面は、内輪12の軸受背面側のカウンタボア12bの外周面と非接触で対向してラビリンスシールを形成する。また、シール部材16の内径面は、内輪12の軸受正面側の肩部12cの外周面と非接触で対向してラビリンスシールを形成する。
また、軸受背面側のシール部材15は、取付け溝11eに固定される部分から径方向に延びる円盤部23と、該円盤部23から径方向内側に向かうにつれてアンギュラ玉軸受10の軸方向中心(図1において右方向)に向かって傾斜角αで直線状に傾斜する環状の傾斜部24と、を備える。芯金21は、円盤部23及び傾斜部24に亘って設けられており、円盤部23の径方向外側で折り曲げられて、外周縁部25の内側に位置する折り曲げ部29を有する。
ここで、シール部材15の軸方向外面側(図1及び図2において左側面)において傾斜部24の最大径D3(即ち、軸方向外面側における円盤部23と傾斜部24との境界点A2における円の直径D3)は、内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dより大きくなっている(D3>D)。これにより、シール部材15が軸方向に変形又は傾斜しても、例えば、シール部材15と、軸受背面側に隣接配置される部材(並列組合せの他のアンギュラ玉軸受10の内輪12、内輪間座やオイルシール、回転軸の段差部など)との干渉が防止され、干渉によるトルク増大やシール部材15の損傷が防止できる。なお、図1に示すように、肩部12cの軸方向端部に、隅R部、又は、面取り部が施されている場合には、軸方向外面側において傾斜部24の最大径D3は、隅R部、又は、面取り部と軸方向端面との交点における径D2よりも大きくすることで、上記効果を奏する。
また、シール部材15の軸方向内面側(図1及び図2において右側面)において傾斜部24の最大径D4(即ち、軸方向内面側における円盤部23と傾斜部24との境界点A1における円の直径D4)は、保持器14の内径D5、より厳密には、保持器14の軸受背面側端面14bの内径D5より小さくなっている(D4<D5)。これにより、シール部材15が軸方向に変形又は傾斜しても、シール部材15と保持器14との干渉が防止され、干渉によるトルク増大やシール部材15の損傷が防止できる。
また、シール部材15の軸方向外面側における傾斜部24の最大径D3は、シール部材15の軸方向内面側(図1において右側面)における傾斜部24の最大径D4より小さく設定されている。これにより、シール部材15の傾斜部24の軸方向の肉厚が確保されてシール部材15の変形が抑制される(D3<D4)。
また、本実施形態では、傾斜部24の傾斜角αは、0°を超え、45°以下に設定されている(0°<α≦45°)。これにより、シール部材15の変形に対する強度を確保することができる。なお、傾斜角αは、30°以上、45°以下とするのが好ましい(30°≦α≦45°)。傾斜角αを30°以上とすることで、シール部材15が内径側に変形する際、傾斜部24に作用する円周応力(圧縮力)が大きくなるためより変形し難くなる。
リップ部26の内径端面26aは、玉13の公転軸と略平行な平面で形成されている。また、これに合わせて、芯金21の内径端面21aも、傾斜部24が曲げ加工された後、玉13の公転軸と略平行な平面に加工される。また、上記傾斜部24の傾斜角αを45°以上にすると、芯金21の内径部先端の角度が小さく(より鋭角)なり、芯金21の成型時に、ばりが発生しやすくなる。
また、リップ部26の内径端面26aが、玉13の公転軸Xと略平行な平面で形成されているので、軸方向に長いラビリンスシールが構成されてラビリンス効果が高まる。
なお、ラビリンスすきまが最小となる、リップ部26の内径端面26aの軸受正面側角部と内輪12の外周面とのすきまCは、該すきまCに対する内輪12のカウンタボア12bの最小外径D1の比(C/D1)が、0.0005以上、0.03以下を満足するように設定されている(0.0005≦C/D1≦0.03)。これによって、シール性が向上できると共に、潤滑性を良好に保つことが可能なラビリンスシールを確保することができる。
さらに、芯金21の板厚tに対する内輪12のカウンタボア12bの最小外径D1の比(t/D1)を、0.0003以上、0.3以下に設定することで(0.0003≦t/D1≦0.3)、シール部材15の変形に対する強度と、加工性の両方を確保することができる。
また、図1に示すように、保持器14の軸受背面側端面14bとリップ部26の軸受正面側端部26bとは、径方向から見てΔ1だけ重なる(Δ1≧0)。このため、保持器14から押し出されてシール部材15の内面に付着したグリースが、転がり接触部に近いので、グリースの潤滑油成分を容易に転がり接触部に供給することができ、潤滑性能を向上することができる。
なお、シール部材15において、弾性部22の内側先端A4は、軸方向内面側における円盤部23と傾斜部24との境界点A1から、傾斜部24と芯金21の内径端面21aとの境界点A3までのいずれの位置であってもよい。即ち、図3(a)に示すように、シール部材15は、内側壁部28を有しない構成であってもよい。或いは、境界点A1から境界点A3の径方向高さをLとすると、内側壁部28は、境界点A3からの径方向高さが、図3(b)に示すL/10、図3(c)に示すL/2、図3(d)に示す4L/5となるように形成してもよい。図3(a)〜図3(d)の場合、軸方向内面側における円盤部23と傾斜部24との境界点A1は、芯金21によって構成される。
ただし、内側壁部28、即ち、内側先端A4の位置は、径方向高さが少なくともL/10〜L/2の範囲とすることが好ましく、図3(b)に示すように径方向高さをL/10とすることがより好ましい。この理由として、内側壁部28を設けることで、シール単体取扱い時に、エッジ形状の境界点A3に接触したとしてもゴムが剥がれるのを防止できる点、また、内側壁部28を傾斜部24の内側面に回り込ませる長さが短いので、加硫成形の際に、弾性部22の先端A4の位置にムラが生じにくく、部分的に境界点A1に達してゴムが剥がれてしまうのを防止することができる点が挙げられる。
なお、軸受正面側のシール部材16の形状は、特に限定されないが、図1に示すように、傾斜部24を備えず、径方向内側まで平らな円盤状に形成されている。
図4は、このようなアンギュラ玉軸受10が並列組合せされた軸受装置30を用いた主軸装置40の断面図である。この主軸装置40では、並列組合せされた一対のアンギュラ玉軸受10が回転軸41とハウジング52との間に配置される。また、ハウジング52には、アンギュラ玉軸受10の外輪11を位置決めする前側外輪押さえ56が取り付けられる。そして、ハウジング52と前側外輪押さえ56には、アンギュラ玉軸受10の軸受正面側で、ハウジング52と回転軸41との間の空間に開口し、外部からエアを供給するエアパージ用のエア流路55が形成されている。
このような軸受装置30においても、アンギュラ玉軸受10の軸受背面側に配置されたシール部材15は、傾斜部24を備え、シール部材15の軸方向内面側における傾斜部24の最大径D4は、保持器14の軸受背面側端面14bにおける内径D5よりも小さく、シール部材15の軸方向外面側における傾斜部24の最大径D3は、アンギュラ玉軸受10の内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dよりも大きい。このため、シール部材15が軸方向に変形又は傾斜しても、シール部材15と軸受背面側に配置されたアンギュラ玉軸受10の内輪12(軸受正面側の肩部12c)や回転軸41の段差部43とが干渉することがない。さらに、シール部材15とアンギュラ玉軸受10自身の保持器14との干渉が確実に防止されて、干渉によるトルク増大やシール部材15の損傷を抑制することができる。
また、エア流路55から供給されたエアの一部が並列組合せされた一対のアンギュラ玉軸受10内に流れ込んで、軸受背面側に設けられたシール部材15が変形する場合であっても、上記傾斜部24の構成により、隣り合うアンギュラ玉軸受10の内輪12や、回転軸41の段差部43との干渉が防止されて、トルクの増大やシール部材15の損傷を抑制することができる。
以上説明したように、本実施形態のアンギュラ玉軸受10によれば、内輪12には、内輪軌道面12aに対して軸方向背面側にカウンタボア12bが形成され、カウンタボア12bの最小外径D1は、内輪軌道面12aに対して軸受正面側の肩部12cの外径Dより小さい。また、外輪11の軸受背面側に固定されたシール部材15は、円盤部23と、円盤部23から径方向内側に向かうにつれてアンギュラ玉軸受10の軸方向中心に向かって傾斜する環状の傾斜部24と、を備える。シール部材15の軸方向内面側における傾斜部24の最大径D4は、保持器14の軸受背面側端面14bにおける内径D5よりも小さく、シール部材15の軸方向外面側における傾斜部24の最大径D3は、アンギュラ玉軸受10の内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dよりも大きい。従って、例えば、シール部材15を外輪11に装着する際に、シール部材15の位置にばらつきが生じた場合であっても、傾斜部24が、内輪12と隣接配置される部材や保持器14と干渉するのを防止することができる。例えば、アンギュラ玉軸受10が並列組合せされた場合に、シール部材15が軸方向に変形又は傾斜しても、シール部材15と、隣接配置された他のアンギュラ玉軸受10の内輪12との接触が防止され、トルク増大やシール部材15の損傷が防止できる。
また、シール部材15の軸方向内面側における傾斜部24の最大径D4は、シール部材15の軸方向外面側における傾斜部24の最大径D3より大きいので、シール部材15の傾斜部24の軸方向の肉厚が確保されてシール部材15の変形が抑制される。
また、保持器14とシール部材15の傾斜部24とは、径方向から見て重なるので、保持器14から押し出されてシール部材15の内面に付着したグリースが転がり接触部に近く、グリースの潤滑油成分を容易に転がり接触部に供給することができ、潤滑性能が向上する。
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態のアンギュラ玉軸受の断面図である。第2実施形態のアンギュラ玉軸受10Aは、軸受背面側のシール部材15Aの形状において、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と異なる。その他の部分については、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
本実施形態のシール部材15Aは、傾斜部24が、2段に屈曲して形成され、外径側から第1傾斜部24aと第2傾斜部24bを備える。この場合も、シール部材15Aの軸方向外面側(図5において左側面)において第1傾斜部24aの最大径D3は、内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dより大きくなっている。また、シール部材15Aの軸方向内面側において第1傾斜部24aの最大径D4は、保持器14の軸受背面側端面14bの内径D5より小さくなっている。
これにより、シール部材15Aが軸方向に変形又は傾斜しても、軸受背面側に隣接配置される、並列組合せされた他のアンギュラ玉軸受10の内輪12や、内輪間座やオイルシールなどの円環部材、或いは回転軸の段差部、及びアンギュラ玉軸受10A自身の保持器14との干渉が防止されてトルク増大やシール部材15Aの損傷を防止することができる。
(第3実施形態)
図6は、第3実施形態のアンギュラ玉軸受の断面図である。第3実施形態のアンギュラ玉軸受10Bは、軸受背面側のシール部材15Bの形状において、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と異なる。その他の部分については、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
第3実施形態のシール部材15Bでは、傾斜部24cは、曲線状に湾曲することで、円盤部23から径方向内側に向かうにつれてアンギュラ玉軸受10Bの軸方向中心に向かって傾斜する環状の曲面で形成されている。そして、シール部材15Bの軸方向外面側(図6において左側面)において傾斜部24cの最大径D3(軸方向外面側における円盤部23と傾斜部24cとの境界点における円の直径D3)は、内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dより大きくなっている。また、シール部材15Bの軸方向内面側において傾斜部24cの最大径D4(軸方向内面側における円盤部23と傾斜部24cとの境界点における円の直径D4)は、保持器14の軸受背面側端面14bの内径D5より小さくなっている。
これにより、シール部材15Bが軸方向に変形又は傾斜しても、軸受背面側に隣接配置される、並列組合せされた他のアンギュラ玉軸受10の内輪12や、内輪間座やオイルシールなどの円環部材、或いは回転軸の段差部、及びアンギュラ玉軸受10B自身の保持器14との干渉が防止されてトルク増大やシール部材15Bの損傷を防止することができる。なお、傾斜部24cの曲面は、単一曲面で形成されてもよく、複数の曲面の組み合わせで形成されてもよい。
(第4実施形態)
図7は、第4実施形態のアンギュラ玉軸受の断面図である。第4実施形態のアンギュラ玉軸受10Cは、軸受背面側のシール部材15Cにおいて、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と異なる。その他の部分については、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
第4実施形態のアンギュラ玉軸受10Cのシール部材15Cは、弾性部を備えず、金属だけで形成される、所謂、シールド板21Aである。シールド板21Aは、外輪11の軸受背面側の肩部11cに形成された取付け溝11eに加締められることで外輪11に固定されるカール部61と、カール部61の内径側からアンギュラ玉軸受10Cの軸方向外側に向かって傾斜する他の傾斜部62と、傾斜部62から径方向に延びる円盤部23と、円盤部23から径方向内側に向かうにつれてアンギュラ玉軸受10Cの軸方向中心に向かって傾斜する環状の傾斜部24と、を備える。
そして、シール部材15Cの軸方向外面側(図7において左側面)において傾斜部24の最大径D3は、内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dより大きくなっている。また、シール部材15Cの軸方向内面側において傾斜部24の最大径D4は、保持器14の軸受背面側端面14bの内径D5より小さくなっている。
これにより、シール部材15Cが軸方向に変形又は傾斜しても、軸受背面側に隣接配置される、並列組合せされた他のアンギュラ玉軸受10Cの内輪12や、内輪間座やオイルシールなどの円環部材、或いは回転軸の段差部、及びアンギュラ玉軸受10自身の保持器14との干渉が防止されてトルク増大やシール部材15Cの損傷を防止することができる。
(第5実施形態)
図8は、第5実施形態のアンギュラ玉軸受の断面図である。第5実施形態のアンギュラ玉軸受10Dは、保持器14Dの形状において、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と異なる。その他の部分については、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
第5実施形態のアンギュラ玉軸受10Dの外輪案内保持器14Dは、少なくとも軸受背面側の軸方向長さが短く形成されることで、保持器14Dの軸受背面側端面14bとリップ部26の軸受正面側端部26bとが軸方向において離間し、すきまΔ2が設けられている(Δ2>0)。
このように、シール部材15が外輪案内保持器14Dから離間しているので、外輪案内保持器14Dから押し出されたグリースが、シール部材15の内面、換言すればラビリンスの開口部に付着し難くなり、ラビリンスからのグリース漏れが抑制される。
なお、保持器14Dは、強度の問題がなければ、軸受正面側の円環部の軸方向長さも軸受背面側の円環部の軸方向長さと略同一幅に短くしてもよい。このようにすることで、軸受空間容積を大きくでき、グリース封入量の増加により潤滑寿命の向上が期待できる。
(第6実施形態)
図9は、第6実施形態のアンギュラ玉軸受の断面図、図10は図9のX−X断面図である。第6実施形態のアンギュラ玉軸受10Eは、保持器14Eにおいて、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と異なる。その他の部分については、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
第6実施形態のアンギュラ玉軸受10Eは、ポケット14a1内に転動自在に配設された複数の玉13によって案内される玉案内保持器14Eを備える。図10に示すように、玉案内保持器14Eの柱部の内周面には、ポケット14a1を構成する凸部14cが設けられている。この場合も、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と同様に、保持器14Eの軸受背面側端面14bとリップ部26の軸受正面側端部26bとは、径方向から見てΔ1だけ重なる(Δ1≧0)。したがって、保持器14Eから押し出されてシール部材15の内面に付着したグリースが、転がり接触部に近いので、グリースの潤滑油成分を容易に転がり接触部に供給することができ、潤滑性能が向上する。
(第7実施形態)
図11は、第7実施形態のアンギュラ玉軸受の断面図である。第7実施形態のアンギュラ玉軸受10Fは、外輪11及び内輪12の形状、及びシール部材15,16の形状において、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と異なる。その他の部分については、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
第7実施形態のアンギュラ玉軸受10Fの外輪11は、外輪軌道面11aに対して軸方向正面側に軸方向端部に向けて拡径するテーパ状のカウンタボア11bが形成されている。また、内輪12には、内輪軌道面12aに対して軸受背面側に略一様外径のカウンタボア12bが形成されており、カウンタボア12bの最小外径D1(即ち、軸受背面側の肩部12dの外径)は、軸受正面側に設けられた肩部12cの外径Dより小さい。このため、図1に示す第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と比較して、シール部材16の外径が大きく形成され、また、シール部材15の内径が大きく形成されている。
ただし、本実施形態においても、シール部材15の軸方向内面側における傾斜部24の最大径D4は、保持器14の軸受背面側端面14bにおける内径D5よりも小さく、シール部材15の軸方向外面側における傾斜部24の最大径D3は、アンギュラ玉軸受10Fの内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dよりも大きいので、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第8実施形態)
図12は、第8実施形態のアンギュラ玉軸受の断面図である。第8実施形態のアンギュラ玉軸受10Gは、外輪11の形状、及びシール部材16の形状において、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と異なる。その他の部分については、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
第8実施形態のアンギュラ玉軸受10Gでは、内輪12にのみカウンタボア12bが形成されている。このため、外輪11は、軸受背面側の肩部11cと軸受正面側の肩部11dの内径が同一径となっている。このため、図1に示す第1実施形態のアンギュラ玉軸受10と比較して、シール部材16の外径が小さく形成される。
ただし、本実施形態においても、シール部材15の軸方向内面側における傾斜部24の最大径D4は、保持器14の軸受背面側端面14bにおける内径D5よりも小さく、シール部材15の軸方向外面側における傾斜部24の最大径D3は、アンギュラ玉軸受10Gの内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dよりも大きいので、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
(軸受装置の第1変形例)
図13は、第1実施形態の一対のアンギュラ玉軸受が、外輪間座31及び内輪間座32を介して背面組合せされた軸受装置の第1変形例の断面図である。図13において両アンギュラ玉軸受10のシール部材15は、シール部材15の軸方向外面側において傾斜部24の最大径D3が、内輪間座32の外径D6より大きくなっている。また、シール部材15の軸方向内面側において傾斜部24の最大径D4は、保持器14の軸受背面側端面14bの内径D5より小さくなっている。
これにより、シール部材15が軸方向に変形し、又は傾斜しても、シール部材15と内輪間座32とが干渉することはない。さらに、シール部材15とアンギュラ玉軸受10自身の保持器14との干渉も防止される。
このように、第1変形例の軸受装置30によれば、アンギュラ玉軸受10と、アンギュラ玉軸受10の軸受背面側に隣接配置された内輪間座32とを備え、シール部材15の軸方向外面側における傾斜部24の最大径D3は、内輪間座32の外径D6よりも大きく、シール部材15の軸方向内面側において傾斜部24の最大径D4は、保持器14の軸受背面側端面14bの内径D5より小さい。このため、シール部材15が軸方向に変形又は傾斜しても、シール部材15と、内輪間座32との干渉、及びアンギュラ玉軸受10自身の保持器14との干渉が防止でき、干渉によるトルク増大やシール部材15の損傷が防止できる。
(軸受装置の第2変形例)
図14は、軸受装置の第2変形例の断面図である。この変形例では、並列組合せされた第1実施形態のアンギュラ玉軸受を2組用意し、各組のアンギュラ玉軸受同士を背面組合せした、定位置予圧が付与される、4列組合せ(DBB)の軸受装置としている。
軸受装置30を構成する各アンギュラ玉軸受10においても、軸受背面側に配置されたシール部材15は、シール部材15の軸方向外面側において傾斜部24の最大径D3が、背面側に配置されたアンギュラ玉軸受10(図14においては中央側)の内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dより大きい。また、シール部材15の軸方向内面側において傾斜部24の最大径D4が、保持器14の軸受背面側端面14bの内径D5より小さい。
これにより、軸方向外側に配置されたアンギュラ玉軸受10(図14において左右両端)のシール部材15が軸方向に変形、又は傾斜しても、シール部材15と軸受背面側に配置されたアンギュラ玉軸受10の内輪12と干渉することがない。さらに、シール部材15とアンギュラ玉軸受10自身の保持器14との干渉が防止されて、干渉によるトルク増大やシール部材の損傷が防止できる。
なお、上記説明では、4列組合せ(DBB)の軸受装置として説明したが、4列組合せに限定されず、3列組合せ(DBD)とすることもできる。
(軸受装置の第3変形例)
図15は、軸受装置の第3変形例の断面図である。この変形例では、並列組合せされた第1実施形態のアンギュラ玉軸受を2組用意し、各組のアンギュラ玉軸受同士を正面組合せした、定位置予圧が付与される、4列組合せ(DFF)の軸受装置としている。
この場合も、軸受装置30を構成する各アンギュラ玉軸受10において、軸受背面側に配置されたシール部材15は、シール部材15の軸方向外面側において傾斜部24の最大径D3が、背面側に配置されたアンギュラ玉軸受10(図15においては左右両側)の内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dより大きい。また、シール部材15の軸方向内面側において傾斜部24の最大径D4が、保持器14の軸受背面側端面14bの内径D5より小さい。
これにより、軸方向内側に配置されたアンギュラ玉軸受10(図15において軸方向中央)のシール部材15が軸方向に変形、又は傾斜しても、シール部材15と軸受背面側に配置されたアンギュラ玉軸受10の内輪12と干渉することがない。さらに、シール部材15とアンギュラ玉軸受10自身の保持器14との干渉が防止されて、干渉によるトルク増大やシール部材の損傷が防止できる。
なお、上記説明では、4列組合せ(DFF)の軸受装置として説明したが、4列組合せに限定されず、3列組合せ(DFD)とすることもできる。
(主軸装置の第1変形例)
図16は、互いに並列組合せされた一対のアンギュラ玉軸受同士が、前側軸受及び後側軸受として、背面組合せされる主軸装置の第1変形例の要部断面図である。
第1変形例の主軸装置40は、回転軸41とハウジング52との間に配置されて回転軸41の前端部(図16においては右側)を支持する前側軸受33と、回転軸41の後端部(図16においては左側)を支持する後側軸受34と、を備える。前側軸受33及び後側軸受34は、それぞれ並列組合せされた一対のアンギュラ玉軸受10で構成されている。
前側軸受33の一対のアンギュラ玉軸受10は、軸受背面側を回転軸41の後方に向けて配置され、後側軸受34の一対のアンギュラ玉軸受10は、軸受背面側を回転軸41の前方に向けて配置されている。即ち、前側軸受33と後側軸受34とは、背面組合せで配置されている。
回転軸41は、略軸方向中央に大径部41aを備え、大径部41aより前方の軸部41bに前側軸受33の内輪12が嵌合し、大径部41aより後方の軸部41cに後側軸受34の内輪12が嵌合する。前側軸受33及び後側軸受34の各内輪12は、大径部41aの段差部43と、回転軸41に螺合するナット46とにより、それぞれ軸方向位置に位置決めされる。
ハウジング52は、略軸方向中央に内向き鍔部52aを有する。内向き鍔部52aより前方の取付孔53aには、前側軸受33の外輪11が嵌合し、内向き鍔部52aより後方の取付孔53bには、後側軸受34の外輪11が嵌合する。
前側軸受33の外輪11は、内向き鍔部52aと、ハウジング52に取り付けられた前側外輪押さえ56とにより、軸方向位置に位置決めされる。また、後側軸受34の外輪11と内向き鍔部52aとの間には、複数の圧縮ばね60が円周方向に所定の間隔で配設されている。後側軸受34の外輪11の後方には、後側外輪押え57が配置されている。これにより、前側軸受33と後側軸受34とは、背面組合せされて圧縮ばね60の弾性力による定圧予圧が付与される。
ハウジング52と前側外輪押さえ56には、前側軸受33のアンギュラ玉軸受10の軸受正面側で、ハウジング52と回転軸41との間の空間に開口し、外部からエアを供給するエアパージ用のエア流路55が形成されている。
エア流路55からハウジング52と回転軸41との間の空間に供給されるエアの一部は、前側軸受33のアンギュラ玉軸受10に、軸受正面側から軸受背面側に向かって流入する。このため、前側軸受33内に流入したエアによって、軸受背面側に装着されたシール部材15が、軸方向に変形し、又は傾斜する場合がある。
しかしながら、軸受背面側のシール部材15は、シール部材15の軸方向外面側において傾斜部24の最大径D3が、背面側に配置されたアンギュラ玉軸受10の内輪12の軸受正面側の肩部12cの外径Dより大きく、また、回転軸41の段差部43の外径D7より大きい。従って、シール部材15が軸方向に変形、又は傾斜しても、シール部材15と軸受背面側に配置されたアンギュラ玉軸受10の内輪12、及び回転軸41の段差部43と干渉することがない。さらに、シール部材15の軸方向内面側において傾斜部24の最大径D4は、保持器14の軸受背面側端面14bの内径D5より小さくなっているので、シール部材15が軸方向に変形、又は傾斜しても、シール部材15とアンギュラ玉軸受10自身の保持器14との干渉が防止されて、干渉によるトルク増大やシール部材15の損傷が防止できる。
以上説明したように、主軸装置40の第1変形例によれば、第1実施形態のアンギュラ玉軸受10が並列組合せされた前側軸受33と後側軸受34とが、定圧予圧で背面組合せされ、ハウジング52には、前側軸受33の軸受正面側で、ハウジング52と回転軸41との間の空間に開口し、外部からエアを供給するエア流路55が形成される。これにより、エア流路55から前側軸受33のアンギュラ玉軸受10に流入するエアにより、シール部材15が軸方向外側に変形又は傾斜しても、シール部材15と、隣接配置された他のアンギュラ玉軸受10の内輪12との干渉、及び回転軸41の段差部43との干渉が防止される。さらに、シール部材15が軸方向内側に変形、又は傾斜しても、シール部材15とアンギュラ玉軸受10自身の保持器14との干渉が防止される。これにより、干渉によるトルク増大やシール部材15の損傷が防止できる。
(主軸装置の第2変形例)
図17は、単一のアンギュラ玉軸受10で構成されている前側軸受33と、単一のアンギュラ玉軸受10で構成されている後側軸受34とが、背面組合せされた主軸装置の第2変形例の断面図である。この場合も、前側軸受33と後側軸受34とは、圧縮ばね60の弾性力による定圧予圧が付与されている。
その他の部分については、図16に示す主軸装置の第1変形例と同様であり、同様の効果を奏することができる。
尚、本発明は、前述した各実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
上記実施形態では、軸方向両側に一対のシール部材15、16が取り付けられているが、本発明はこれに限らず、軸受背面側のみにシール部材15が取り付けられる場合も本発明に含まれる。
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G アンギュラ玉軸受11 外輪
11a 外輪軌道面
12 内輪
12a 内輪軌道面
12b カウンタボア
13 玉
14 保持器
14b 軸受背面側端面
14D 外輪案内保持器(保持器)
14E 玉案内保持器(保持器)
15,15A,15B,15C シール部材
23 円盤部
24 傾斜部
24a 第1傾斜部(傾斜部)
24b 第2傾斜部(傾斜部)
30 軸受装置
32 内輪間座(円環部材)
33 前側軸受
34 後側軸受
40 主軸装置
41 回転軸
43 段差部
52 ハウジング
55 エア流路
D 内輪の軸受正面側の肩部の外径
D1 カウンタボアの最小外径
D3 シール部材の軸方向外面側における傾斜部の最大径
D4 シール部材の軸方向内面側における傾斜部の最大径
D5 保持器の軸受背面側端面における内径
D6 内輪間座の外径(円環部材の外径)
D7 段差部の外径
θ 接触角

Claims (10)

  1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面及び前記内輪軌道面間に所定の接触角を持って転動自在に配設される複数の玉と、前記複数の玉を転動自在に保持する保持器と、少なくとも軸受背面側に設けられて前記外輪と前記内輪との間の開口を覆う非接触形のシール部材と、を備えるアンギュラ玉軸受であって、
    前記内輪は、前記内輪軌道面に対して前記軸方向背面側にカウンタボアが形成され、前記カウンタボアの最小外径は、前記内輪軌道面に対して軸受正面側に設けられた肩部の外径より小さく、
    前記外輪の前記軸受背面側に固定された前記シール部材は、円盤部と、該円盤部から径方向内側に向かうにつれて前記アンギュラ玉軸受の軸方向中心に向かって直線状又は曲線状に傾斜する少なくとも1つの環状の傾斜部と、を備え、
    前記シール部材の軸方向内面側における前記傾斜部の最大径は、前記保持器の軸受背面側端面における内径よりも小さく、
    前記シール部材の軸方向外面側における前記傾斜部の最大径は、前記内輪の前記軸受正面側の前記肩部の外径よりも大きいことを特徴とするアンギュラ玉軸受。
  2. 前記シール部材の軸方向内面側における前記傾斜部の最大径は、前記シール部材の軸方向外面側における前記傾斜部の最大径より大きいことを特徴とする請求項1に記載のアンギュラ玉軸受。
  3. 前記保持器と前記シール部材の傾斜部とは、径方向から見て重なることを特徴とする請求項1又は2に記載のアンギュラ玉軸受。
  4. 前記保持器と、前記シール部材の前記傾斜部とは、軸方向において離間することを特徴とする請求項1又は2に記載のアンギュラ玉軸受。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の前記アンギュラ玉軸受を複数備え、
    前記複数のアンギュラ玉軸受は、並列組合せされることを特徴とする軸受装置。
  6. 前記並列組合せされた複数のアンギュラ玉軸受に対して、背面組合せされる前記アンギュラ玉軸受をさらに備えることを特徴とする請求項5に記載の軸受装置。
  7. 前記並列組合せされた複数のアンギュラ玉軸受に対して、正面組合せされる前記アンギュラ玉軸受をさらに備えることを特徴とする請求項5に記載の軸受装置。
  8. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の前記アンギュラ玉軸受と、
    前記アンギュラ玉軸受の前記軸受背面側に隣接配置された円環部材と、
    を備え、
    前記シール部材の軸方向外面側における前記傾斜部の最大径は、前記円環部材の外径よりも大きいことを特徴とする軸受装置。
  9. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の前記アンギュラ玉軸受と、
    前記アンギュラ玉軸受の前記軸受背面側に隣接配置された段差部を有する回転軸と、
    を備え、
    前記シール部材の軸方向外面側における前記傾斜部の最大径は、前記段差部の外径よりも大きいことを特徴とする主軸装置。
  10. 回転軸と、
    ハウジングと、
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の前記アンギュラ玉軸受をそれぞれ有する前側軸受及び後側軸受と、
    を備え、
    前記前側軸受と前記後側軸受とは、定圧予圧で背面組合せされ、
    前記ハウジングには、前記前側軸受の前記軸受正面側で、前記ハウジングと前記回転軸との間の空間に開口し、外部からエアを供給するエア流路が形成されることを特徴とする主軸装置。
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